危險廢物焚燒煙氣凈化系統設計開發及應用分析

摘要：本文介紹了某公司70t/d危險廢物焚燒煙氣凈化系統改造前/后的工藝流程、系統組成、主要設備參數等。對煙氣凈化系統改造前/后工藝進行了對比分析，同時對改造后的工藝系統設計也進行了總結。項目改造后投產至今，系統運行穩定，效果達到設計值，收到了良好的經濟和社會效益。

關鍵詞：危廢;濕法脫酸;煙氣凈化

1 概況

該項目分2期建設，一期危險廢物集中焚燒處理設計規模為70t/d（～2萬噸/年），采用逆流式回轉窯，所有設備露天布置。項目為2016年省重點招商引資項目，并于2018年11月建成投產。

煙氣凈化系統工藝采用“急冷塔+水平文丘里（小蘇打及活性炭）+袋式除塵器+引風機+預冷塔+濕法塔+煙氣加熱器+煙囪”工藝流程，項目投產后，始終無法達到排放指標。具體情況如下：

1） 袋式除塵器存在的問題

顆粒物超標嚴重;

運行阻力偏低：僅為200～250Pa;

漏風率高：漏風率高達7.8%，遠高于規范規定的漏風率≤3%;

頂部內保溫不合理：袋式除塵器上箱體頂部未設內保溫層，上箱體內存在嚴重酸腐蝕。

2） 濕法脫酸塔存在的問題

除霧器效果差。抽出絲網除霧器檢查可在絲網除霧器上發現顆粒狀結鹽，將PP材質改為PTFE，且厚度從100mm改為200mm，除霧效果幾乎無變化，并導致下游的消白加熱器腐蝕嚴重。

濕法塔設計為內循環，底部沉積物經排污泵無法排出，造成沉淀物始終參與循環，磨損循環泵機封，同時造成煙氣帶鹽。

由于上述問題經多次局部改造后始終無法解決，經征求多家專業環保公司及專家意見后，業主決定于2019.07月對該焚燒線煙氣凈化工藝進行重新改造。

我司經過多次現場踏勘和業主多次交流，采用以下工藝流程：“急冷塔（利舊）+干式脫酸（小蘇打）+活性炭吸附+干法脫酸塔+袋式除塵器+引風機（利舊）+預冷塔（利舊）+一級濕法塔+二級濕法塔+煙氣加熱器+煙囪（利舊）。”該工藝流程最大限度的利用已有設備，減少了改造的投資成本。

2主要設計參數及性能保證值

原始進口煙氣條件：

煙氣來源：急冷塔降溫后煙氣

急冷塔出口額定煙氣量（設計值）：39781Nm3/h? （120%工況）

急冷塔出口額定煙氣壓力（設計值）：-2000Pa

急冷塔出口煙氣溫度額定值（運行值）：～190℃

急冷塔出口煙氣溫度最大值（設計值）：230℃

急冷塔出口煙氣成分：

二級濕法塔排出的煙氣排放標準滿足歐盟EU2000/76/EC標準（歐盟2000標準），同時滿足危險廢物焚燒污染控制標準GB18484-2001（2014版征求意見稿），以及DB37/ 2376-2013 山東省區域性大氣污染物綜合排放標準中重點控制區的要求。具體如下：

3 工藝流程

3.1 總體工藝描述

本項目煙氣凈化系統工藝為：煙氣自急冷塔出來后，在干法脫酸塔前的連接煙道中投加活性炭、小蘇打/消石灰。脫除劑的添加均采用失重稱計量。

煙氣從干法脫酸塔底部進入，在干法脫酸塔的底部與投加的活性炭、小蘇打/消石灰充分混合，在塔體內進行充分吸附和脫酸反應后從頂部出口排出，脫除劑隨煙氣進入袋式除塵器并在濾袋表面形成結構膜，在濾袋表面再次進行脫酸及吸附反應。

煙氣從布袋除塵器出來后經過引風機增壓后進入濕法塔進行濕法脫酸。煙氣通過整套干濕法脫酸工藝后經煙氣加熱器加熱至130℃后達標排放。

干法脫酸塔底部設檢修/出灰口，正常情況下用該盲板封住，不排灰。每次停爐時需打開盲板，用噸袋將積灰排出。

袋式除塵器收集的飛灰經過星型卸灰閥后進入切出螺旋輸送機，再經過集合刮板機、斗提機后輸送至灰倉。灰倉的灰通過星形卸灰閥采用噸袋定期外排。（其中星型卸灰閥、螺旋輸送器均為新建，集合刮板機、斗提機、灰倉均為利舊）。

3.2 改造后工藝流程與原工藝流程對比

原工藝流程圖見圖1，改造后工藝流程圖見圖2。

與原工藝流程相比，改造后的工藝主要有如下幾點改進：

（1）取消了原來小蘇打倉和活性炭倉下料處的水平文丘里。同時將該段煙道直徑由原來的1400mm改為1150mm，即在額定煙氣量（運行值）下，煙氣流速由原來的10.1m/s提升至15m/s。

（2）在袋式除塵器入口段，采用一個干法脫酸塔（下部設垂直文丘里結構）替代了原來的垂直煙道。

（3）原位新建一臺袋式除塵器，替換原來的袋式除塵器。

（4）在原來的濕法塔位置新建一個濕法塔，替換原濕法塔，同時增設一個濕法脫酸塔。即將原來的一級濕法脫酸工藝改為二級濕法脫酸。

（5）原位新建一臺熱管式蒸汽換熱器，替換原來的列管式蒸汽換熱器。

（6）新建一套小蘇打儲存、計量及下料系統。原來的小蘇打儲存、計量及下料系統改為消石灰，活性炭儲存、計量及下料系統不變。

4 主要設備性能規格

4.1 干法脫酸塔

該設備為改造后新增，直徑為2400mm，設計煙氣停留時間不低于2.5s。干法脫酸塔底部設出灰口，配盲板。停爐檢修時，清理進口彎頭處的積灰，出口直接接噸袋進行收灰。

消石灰/小蘇打在塔內與HCl、HF、SO2等酸性氣體發生傳熱傳質和化學中和反應。中和反應的產物和煙氣中原有的顆粒絕大部分（95%）仍隨煙氣排出，只有極少一部分（5%）沉降到反應塔底部排出。

4.2 袋式除塵器

該設備為更新設備，利用原除塵器的基礎新建一臺。新除塵器同原除塵器一樣采用雙列布置，改造前后除塵器過濾面積不變，但從結構上進行優化。

除塵器灰斗設電加熱及保溫，保證除塵器錐體的溫度在130℃以上（實際溫度要達到140℃），便于卸灰順暢。

除塵器排灰采用料位計控制，確保灰斗積灰料位適中，且滿足料封及排灰需求。殼體外設150mm厚的保溫層，并保證外表溫不高于45℃。

4.3 引風機

該設備完全利舊，同時保留進出口煙道。殼體及葉輪采用304材質，流量72642m3/h，轉速1450r/min，介質溫度200℃，功率315kW。

4.4 預冷塔

該設備整體利舊，改造后與一級濕法塔配套，其進口高度原地抬高2.2m，采用碳鋼襯石墨材質，直徑1400mm。筒體上部設一根單流體噴槍，內部為空腔結構。

4.5 一級濕法塔

該設備為更新設備，利用原濕法塔基礎。一級濕法塔的塔徑設計與原有濕法塔直徑相同，均為ф2600mm。利用現有的框架、平臺等鋼結構件。一級濕法塔材質采用耐高溫150℃玻璃鋼。

采用空塔噴淋方式，設置不少于兩套噴淋式液體分布管。

循環液流量為100m3/h，揚程50m（3臺全部利舊），1用2備。其它管道及儀表部分利舊。

塔底部采用封頭結構，塔內件噴淋層采用FRP，噴嘴采用PTFE材質。

4.6 二級濕法塔

該設備為改造后新增設備，塔徑為ф2800mm。采用空塔+篩板噴淋，塔內設4層噴淋層、2層篩板（考慮后期加裝填料功能）、2層除霧層、3層反沖洗層。整體噴淋覆蓋率300%以上。設計循環堿液量200m3/h，共配套3臺循環泵，2用1備。每臺循環泵流量100m3/h，揚程50m。

塔頂設置兩級除霧器，采用折板式。每層除霧器高度為200mm，防止塔頂氣相的霧沫夾帶。除霧器設置反沖洗噴淋裝置，就地增加反洗緩沖罐（容積5m3）及2臺反洗水泵，流量20m3，揚程50m（1用1備）。噴淋層采用FRP，噴嘴采用PTFE材質，篩板采用FRP。除霧器、反沖洗水管采用PP材質。

（注：一級濕法塔、二級濕法塔均采用塔內循環）

4.7 煙氣加熱器

該設備為改造后新增設備。將二級濕法塔出口的煙氣從70℃提高至130℃。熱源為1.6MPa的飽和蒸汽。煙氣加熱器煙氣接觸部分采用2205雙相不銹鋼材質。采用上進側出結構形式，內徑2200mm，阻力小于500Pa。

5 工藝設備設計優化

（1）干法脫酸塔灰斗結構優化。常規干法脫酸塔灰斗出口設置插板閥、卸灰閥，可滿足連續卸灰要求，結構見方案A，此時需將干法脫酸塔整體抬高3m，進風管道也做相應改造。考慮整體布置要求，擬取消下部卸灰口，采用方案B所示結構。此時進風煙道標高無需改變，干法脫酸塔也不用抬高，需要注意的是運行時需嚴格控制前端煙道的物料投加時機，焚燒爐負荷低于80%時，禁止投加活性炭和消石灰/小蘇打。后考慮運行時進風彎頭處難免有積灰，所以在下部設一個出料口，平時用盲板封住，停機檢修時用于掏灰。

（2） 煙氣加熱器形式優化。根據技術協議要求，煙氣加熱器擬采用列管式。此種類型加熱器，煙氣與蒸汽通過換熱管壁之間換熱。如換熱管腐蝕破損，蒸汽直接泄漏進入煙氣，因此換熱管組件周邊需設置檢修平臺，各個換熱組件的蒸汽入口需分別設置切斷閥門。

后經與業主、換熱器廠家交流，采用熱管式換熱器，該種類型換熱器采用一種熱容大，蒸汽壓低的介質間接換熱。煙氣與蒸汽不直接通過管壁換熱，單根熱管破損不影響設備正常運行。

6 總結

經調研對該項目的工藝流程和裝備采取下列優化改進措施后，于2019年10月底成功投用，取得了良好的效果。

（1）增設干法脫酸塔。采用碳鋼材質，內部不設澆注料;下部為進風彎頭，無卸灰口，運行至今約4個月，無不良狀況反饋。

（2）更換袋式除塵器。實際運行結果表明，更換袋式除塵器后漏風率滿足行業標準3%以下;進出口溫差在10-15℃以內。

（3）將原來的濕法脫酸單塔工藝改為雙塔工藝。采用一級濕法塔高電導率、低PH值;二級濕法塔低電導率、高PH值的運行方式，極大的提高了堿液的利用率。在提高濕法脫酸效率的同時，減少了廢水排放量。

（4）二級濕法塔采用2用1備的循環泵設置，每1臺循環泵對于2層噴淋層，可根據脫酸負荷選擇2臺循環泵的開啟情況，操作彈性大，降低運行成本。

（5）采用熱管式換熱器，提高系統運行穩定性。

（作者單位：科林環保技術有限責任公司）

作者簡介：湯建珍（1970，12-），女，民族：漢，籍貫：江蘇蘇州，當前職稱：高級工程師，學歷：本科，研究方向：煙氣治理機械工程。